CN104677788B - 一种液体颗粒计数检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用光学干涉原理对液体中的颗粒物进行检测的检测装置及检测方法，所述的检测装置包括样品池、光源、光谱检测模块，所述的样品池设置有液体检测通道、与所述的液体检测通道相交叉连通的光纤槽，所述的光纤槽包括位于液体检测通道一侧的入射光纤槽和位于液体检测通道另一侧的出射光纤槽，所述的入射光纤槽内设置有入射光纤，所述的出射光纤槽内设置有出射光纤，不但能够检测液体中微小颗粒的数量，还能剔除气泡对测试结果的影响，根据变化频率增大的次数确定通过微粒检测区域的颗粒数量。根据光强光谱的变化，求出透射光光强的频率变化，从而求出颗粒的粒径和折射率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体颗粒计数检测装置及检测方法。
背景技术
在现有技术中，液体颗粒计数器一般用于检测液体中的微小固体颗粒污染物，它在医药，水质分析、油液清洁度检测和半导体工艺控制等领域有着重要的应用。传统的光学液体颗粒计数器都是基于光散射的原理。当一束光照射到液体中的微小颗粒物时，发生光散射，散射光强的大小和颗粒物的粒径存在对应关系。这种基于散射光强的检测方法，可以测出液体中颗粒物的大小，但是不能区分液体中颗粒物的特性。这使得传统的液体颗粒计数器会将液体中存在的小气泡也统计为颗粒污染物，使得测量结果发生偏差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种利用光学干涉原理对液体中的颗粒物进行检测的检测装置及检测方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种液体颗粒计数检测装置，所述的检测装置包括样品池、光源、光谱检测模块，所述的样品池设置有液体检测通道、与所述的液体检测通道相交叉连通的光纤槽，所述的光纤槽包括位于液体检测通道一侧的入射光纤槽和位于液体检测通道另一侧的出射光纤槽，所述的入射光纤槽内设置有入射光纤，所述的出射光纤槽内设置有出射光纤，所述的入射光纤的远离所述液体检测通道的一端与所述的光源相连接，；所述的出射光纤的远离所述液体检测通道的一端与所述的光谱检测模块相连接，所述光源发出的光线依次经过入射光纤、液体检测通道、出射光纤传输到光谱检测模块形成检测光路，所述的检测光路与所述的液体检测通道中流过的待测液体相交处形成颗粒检测区域。
优选地，所述的光纤槽与所述的液体检测通道相互垂直相交。
优选地，所述的光源为超辐射发光二极管。
优选地，所述的入射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与液体检测通道的侧壁重合；所述的出射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与液体检测通道的另一侧壁重合，所述的入射光纤和出射光纤与液体检测通道侧壁相重合的端面相互平行。
优选地，所述的入射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与所述的出射光纤靠近液体检测通道的一端的端面镀有多层介质反射膜。
优选地，所述的液体检测通道的两端设置有与待测液体相连通的待测液体接口，所述的待测液体从液体检测通道一端的待测液体接口流入，从另一端的待测液体接口流出。
本发明还提供一种液体颗粒计数检测方法，将待测液体通过液体检测通道，光源发出的光线通过入射光纤，经过颗粒检测区域、出射光纤，传输到光谱检测模块，光线在入射光纤和出射光纤的两端面之间发生多光束干涉，光谱检测模块得到透射光的光强光谱，当待测液体中有颗粒或气泡通过颗粒检测区域时，引起光线经过颗粒检测区域的有效光程发生改变，从而导致光谱检测模块检测到的光强光谱发生变化，根据光强光谱的变化的次数确定通过颗粒检测区域的颗粒和气泡的数量。
优选地，所述的光谱检测模块显示光强分布为
（1）
其中，（1）式中I0(λ)为入射光源的光谱分布，R为光纤端面的反射率，λ为工作波长，l为所述的入射光纤和出射光纤相邻两端面之间的距离，n为液体介质的折射率，
当待测液体有颗粒或气泡通过检测区域的时，光谱检测模块显示干涉光强分布表示为：
（2）
（2）式中n’为液体中微小颗粒的折射率，d为粒径，
当颗粒或气泡通过检测区域的时候，透射光的干涉光强分布发生了变化，
当干涉光强的变化频率增大，通过检测区域的为颗粒；当干涉光强的变化频率变小，通过检测区域的为气泡，剔除气泡对测试结果的影响，根据变化频率增大的次数确定通过颗粒检测区域的颗粒数量。
优选地，对透射光的光强的光谱分布进行傅立叶变换，求出透射光光强的频率变化，从而求出颗粒的粒径和折射率。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明所述的检测方法不但能够检测液体中微小颗粒的数量，还能剔除气泡对测试结果的影响，根据变化频率增大的次数确定通过微粒检测区域的颗粒数量。根据光强光谱的变化，求出透射光光强的频率变化，从而求出颗粒的粒径和折射率。
附图说明
图1为液体颗粒计数检测装置的结构示意图；
图2a为当液体介质为水，没有颗粒通过时的透射光的干涉光强分布图；
图2b为当液体介质为水，有折射率为1.5直径为50微米的颗粒通过检测区域时的干涉光强分布图；
图2c为当液体介质为水，有直径为50微米的气泡通过检测区域时的干涉光强分布图；
图3a样品池的结构示意图；
图3b为样品池内设置有光纤的结构示意图；
图3c为本发明所述的玻璃片的结构示意图；
图3d为本发明所述的液体颗粒计数检测装置的结构示意图，
其中：1、样品池；2、光源；3、光谱检测模块；4、入射光纤；5、出射光纤；6、玻璃片；11、液体检测通道；12、颗粒检测区域；13、入射光纤槽；14、出射光纤槽；15、待测液体接口；61、通孔。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
如图1所示为本发明所述的一种液体颗粒计数检测装置，所述的检测装置包括样品池1、位于样品池1两侧的光源2和光谱检测模块3，优选地，所述的光源2为宽带光源是中心波长为830纳米，谱宽为30纳米超辐射发光二极管。样品池1的表面设置有液体检测通道11、与所述的液体检测通道11垂直相交叉连通的光纤槽，所述的液体检测通道11的两端设置有与待测液体相连通的待测液体接口15，所述的待测液体从液体检测通道11一端的待测液体接口15流入，从另一端的待测液体接口15流出。所述的光纤槽包括位于液体检测通道11一侧的入射光纤槽13和位于液体检测通道11另一侧的出射光纤槽14，所述的入射光纤槽13内设置有入射光纤4，所述的出射光纤槽14内设置有出射光纤5，所述的入射光纤4和出射光纤5为多模光纤。所述的入射光纤4的远离所述液体检测通道11的一端与所述的光源2相连接，所述的出射光纤5的远离所述液体检测通道11的一端与所述的光谱检测模块3相连接，所述的入射光纤4和出射光纤5的另一端为剥去被覆，只剩下包层和纤芯的裸光纤，端面为通过标准的光纤切割刀切割之后的端面，具有良好的平面，并镀有反射率为0.5的多层介质膜。优选地，液体检测通道11的横截面尺寸为0.2mm×0.2mm。所述的入射光纤4靠近液体检测通道11的一端的端面与液体检测通道11的侧壁重合；所述的出射光纤5靠近液体检测通道11的一端的端面与液体检测通道11的另一侧壁重合，所述的入射光纤4和出射光纤5与液体检测通道11侧壁相重合的端面相互平行。所述光源2发出的光线依次经过入射光纤4、液体检测通道11、出射光纤5传输到光谱检测模块3形成检测光路，所述的检测光路与所述的液体检测通道11中流过的待测液体相交处形成颗粒检测区域12。当光到达入射光纤4端面之后一部分光透过端面,然后到达出射光纤5端面，到达出射光纤5端面的光有一部分又被反射回入射光纤4的端面，经过多次的反射，在入射光纤4和出射光纤5相邻的两个端面之间形成多光束干涉。
由多光束干涉理论可知，透射光干涉光强分布可以用公式表示为：
（1）
（1）式中I0(λ)为入射光源2的光谱分布，R为光纤端面的反射率，λ为工作波长，l为两个端面之间的距离，n为待测液体介质的折射率。通过公式可以看出，当nL为λ/4的偶数倍时，对应波长的透射光强取得极大值，当nL为λ/4的奇数倍时，对应波长的透射光强取得极小值。
当液体有颗粒通过检测区域的时候，透射光的干涉光强分布表示为：
（2）
（2）式中n’为液体中微小颗粒的折射率，d为粒径，通过公式（2）可以看出，由于颗粒的影响，使得两个端面之间的有效光程发生变化。干涉光谱中取得极大值和极小值的波长λ的位置也将发生变化，即，干涉光谱光强分布发生了变化。如图2a所示为当液体介质为水，没有颗粒通过时，透射光的干涉光强分布。图2b为当折射率为1.5，直径为50微米的颗粒通过检测区域时的干涉光强分布。图2c为直径为50微米的气泡通过检测区域时的干涉光强分布。通过图2a,2b和2c可以看出，当颗粒和气泡通过检测区域的时候，透射光的干涉光强分布发生了变化，当颗粒通过的时候，干涉光强的变化频率增大，当气泡通过的是时候，干涉光强的变化频率变小。因此，当干涉光强的变化频率增大时，通过检测区域的为颗粒；当干涉光强的变化频率变小时，通过检测区域的为气泡，剔除气泡对测试结果的影响，根据变化频率增大的次数确定通过颗粒检测区域12的颗粒数量。对透射光的干涉光强的光谱分布进行傅立叶变换，可以定量的求出干涉光强的频率变化，从而求出颗粒的粒径和折射率特性。
如图3a~3d所示，本发明所述的检测装置还包括一粘接在样品池1背面的玻璃片6，所述的玻璃片6上设置有两个与所述的待侧液体接口相对齐的通孔61，在使用时，两个通孔61分别与软管相连接使待测液体从一端的通孔61进入，经过液体检测通道11后从另一端的通孔61流出。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种液体颗粒计数检测方法，所述的检测方法使用一种液体颗粒计数检测装置完成，
所述的检测装置包括样品池、光源、光谱检测模块，
所述的样品池设置有液体检测通道、与所述的液体检测通道相交叉连通的光纤槽，所述的光纤槽包括位于液体检测通道一侧的入射光纤槽和位于液体检测通道另一侧的出射光纤槽，
所述的入射光纤槽内设置有入射光纤，所述的出射光纤槽内设置有出射光纤，
所述的入射光纤的远离所述液体检测通道的一端与所述的光源相连接；所述的出射光纤的远离所述液体检测通道的一端与所述的光谱检测模块相连接，
所述光源发出的光线依次经过入射光纤、液体检测通道、出射光纤传输到光谱检测模块形成检测光路，所述的检测光路与所述的液体检测通道中流过的待测液体相交处形成颗粒检测区域，
其特征在于：将待测液体通过液体检测通道，光源发出的光线通过入射光纤，经过颗粒检测区域、出射光纤，传输到光谱检测模块，光线在入射光纤和出射光纤的两端面之间发生多光束干涉，光谱检测模块得到透射光的光强光谱，当待测液体中有颗粒或气泡通过颗粒检测区域时，引起光线经过颗粒检测区域的有效光程发生改变，从而导致光谱检测模块检测到的光强光谱发生变化，根据光强光谱的变化的次数确定通过颗粒检测区域的颗粒和气泡的数量。
2.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法，其特征在于：
所述的光谱检测模块显示光强分布为
其中，(1)式中I0(λ)为入射光源的光谱分布，R为光纤端面的反射率，λ为光源的工作波长，l为所述的入射光纤和出射光纤相邻两端面之间的距离，n为待测液体介质的折射率，
当待测液体有颗粒或气泡通过检测区域时，光谱检测模块显示干涉光强分布表示为：
(2)式中n’为液体中微小颗粒的折射率，d为粒径，
当颗粒或气泡通过检测区域的时候，透射光的干涉光强分布发生了变化，
当干涉光强的变化频率增大，通过检测区域的为颗粒；当干涉光强的变化频率变小，通过检测区域的为气泡，剔除气泡对测试结果的影响，根据变化频率增大的次数确定通过颗粒检测区域的颗粒数量。
3.根据权利要求2所述的一种液体颗粒计数检测方法，其特征在于：对透射光的光强的光谱分布进行傅立叶变换，求出透射光光强的频率变化，从而求出颗粒的粒径和折射率。
4.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法 ，其特征在于：所述的光纤槽与所述的液体检测通道相互垂直相交。
5.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法 ，其特征在于：所述的光源为超辐射发光二极管。
6.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法 ，其特征在于：所述的入射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与液体检测通道的侧壁重合；所述的出射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与液体检测通道的另一侧壁重合，所述的入射光纤和出射光纤与液体检测通道侧壁相重合的端面相互平行。
7.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法 ，其特征在于：所述的入射光纤靠近液体检测通道的一端的端面与所述的出射光纤靠近液体检测通道的一端的端面镀有介质反射膜。
8.根据权利要求1所述的一种液体颗粒计数检测方法 ，其特征在于：所述的液体检测通道的两端设置有与待测液体相连通的待测液体接口，所述的待测液体从液体检测通道一端的待测液体接口流入，从另一端的待测液体接口流出。
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